【数据库】讨论MySQL日志系统中的更新语句的执行

在MySQL中有六种日志文件 分别是：重做日志（redo log）、回滚日志（undo log）、二进制日志（binlog）、错误日志（errorlog）、慢查询日志（slow query log）、一般查询日志（general log），中继日志（relay log）。

其中重做日志，回滚日志和二进制日志与事务操作相关。要想深入理解MySQL的事务，对这三种日志的理解，必不可少。

重做日志，回滚日志位于innodb 引擎层
二进制日志位于MySQL Service层

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这篇博文侧重于讨论MySQL日志系统中的更新语句的执行，主要涉及的日志是重做日志（redo log）、二进制日志（binlog）。


之前有篇博文 【数据库】了解MySQL中SQL语句的执行过程 大致讲述了MySQL中一条SQL语句的执行过程

按照它的理解就是：在一个表上有更新的时候，跟这个表有关的查询缓存会失效（MySQL5.0版本），所以这条语句就会把表T上所有缓存结果都清空。这也就是我们一般不建议使用查询缓存的原因之一。
接下来，分析器会通过词法和语法解析知道这是一条更新语句。优化器决定要使用ID这个索引。然后，执行器负责具体执行，找到这一行，然后更新。


与查询流程不一样的是，更新流程还涉及两个重要的日志模块，就是上面专门提到的重做日志（redo log）、二进制日志（binlog）。（ 当然如果更新过程出现了意外，还要用到回滚日志（undo log），这里也提提吧 ）

首先介绍一下InnoDB引擎中的redo log

如果没有InnoDB，在MySQL中会有一个严重的问题：如果每一次的更新操作都需要写进磁盘，然后磁盘也要找到对应的那条记录，接着再更新，整个过程 IO成本、查找成本都很高。

而如果有了InnoDB的话，当有一条记录需要更新的时候，InnoDB引擎就会先把记录写到redo log里面，并更新内存，这个时候更新就算完成了。同时，InnoDB引擎会在适当的时候，将这个操作记录更新到磁盘里面，而这个更新往往是在系统比较空闲的时候做。不仅解决了上面 IO成本、查找成本都很高的问题，而且还提升了性能。

InnoDB上述的这个特性就是MySQL里经常说到的WAL技术，WAL的全称是Write-Ahead Logging，它的关键点就是先写日志，再写磁盘

但是InnoDB也有一定的局限性，就是它的redo log是固定大小的。

比如可以配置为一组5个文件，每个文件的大小是1GB，那么它总共就可以记录5GB的操作。从头开始写，写到末尾就又回到开头循环写，如下面这个图所示。

write pos是当前记录的位置，一边写一边后移，写到第4号文件末尾后就回到0号文件开头。checkpoint是当前要擦除的位置，也是往后推移并且循环的，擦除记录前要把记录更新到数据文件。

橙色的部分，可以用来记录新的操作。如果write pos追上checkpoint，表示满了，这时候不能再执行新的更新，得停下来先擦掉一些记录，把checkpoint推进一下。

有了redo log，InnoDB就可以保证即使数据库发生异常重启，之前提交的记录都不会丢失，这个能力称为crash-safe。


那接下来介绍一下binlog
刚才介绍了InnoDB中的redo log，redo log是循环写的，空间固定会用完；
而binlog是可以追加写入的。 “追加写”是指binlog文件写到一定大小后会切换到下一个，并不会覆盖以前的日志。

redo log是InnoDB引擎特有的；binlog是MySQL的Server层实现的，所有引擎都可以使用。两者配合岂不美哉？

以下面的sql语句为例进行讲解(MySQL5.0版本)：

update student set score = score +1 where ID = 20172240221

执行器和InnoDB引擎在执行这个简单的update语句时的内部流程图：

redo log是物理日志，记录的是“在某个数据页上做了什么修改”；
binlog是逻辑日志，记录的是这个语句的原始逻辑，比如“给ID=20172240221这一行的score字段加1 ”。

看一下它们的执行流程：

1. 执行器先找引擎取ID=20172240221这一行。ID是主键，引擎直接用树搜索找到这一行。如果ID=20172240221这一行所在的数据页本来就在内存中，就直接返回给执行器；否则，需要先从磁盘读入内存，然后再返回。
2. 执行器拿到引擎给的行数据，把score加上1，得到新的一行数据，再调用引擎接口写入这行新数据。
3. 引擎将这行新数据更新到内存中，同时将这个更新操作记录到redo log里面，此时redo log处于prepare状态。然后告知执行器执行完成了，随时可以提交事务。
4. 执行器生成这个操作的binlog，并把binlog写入磁盘。
5. 执行器调用引擎的提交事务接口，引擎把刚刚写入的redo log改成提交（commit）状态，更新完成。

执行器
经过优化器选定了一个方案后，执行器就按照选定的方案执行 sql 语句。在连接器中会读取当前用户的权限，连接器中只是获取权限而已，并没有对权限进行判断和校验。所以在执行器中，在执行语句之前会判断权限，如果没有对应的权限则会直接返回并提示没有相关权限。
引擎
数据库引擎是用于存储、处理和保护数据的核心服务。利用数据库引擎可控制访问权限并快速处理事务，从而满足企业内大多数需要处理大量数据的应用程序的要求。 使用数据库引擎创建用于联机事务处理或联机分析处理数据的关系数据库。这包括创建用于存储数据的表和用于查看、管理和保护数据安全的数据库对象（如索引、视图和存储过程）。

图中无色框表示是在InnoDB内部执行的，深色框表示是在执行器中执行的。

从图中会发现将redo log的写入拆成了两个步骤：prepare和commit，这就是 "两阶段提交"。这里需要你仔细考虑一下它们的特点.

假设在redo log写完，binlog还没有写完的时候，MySQL进程异常重启。就像前面加黑字体所说的，redo log写完之后，系统即使崩溃，仍然能够把数据恢复回来。

这里恢复过来用到的是回滚日志（undo log）
回滚日志（undo log）的作用：保存了事务发生之前的数据的一个版本，可以用于回滚，同时可以提供多版本并发控制下的读（MVCC），也即非锁定读。

它的内容：
同bin log, 它也是逻辑格式的日志，在执行undo的时候，仅仅是将数据从逻辑上恢复至事务之前的状态，而不是从物理页面上操作实现的。

产生时间：
事务开始之前，将当前是的版本生成undo log， undo 也会产生 redo 来保证undo log的可靠性

释放时间：
当事务提交之后，undo log并不能立马被删除，而是放入待清理的链表，由相关线程（purge线程）判断是否有其他事务在使用undo log中记录的上一个事务之前的版本信息，进而决定是否可以清理undo log的日志空间。

这些就是日志系统中的更新语句执行的大致内容了，中间穿插了基础的事务内容。